低压系统的接地型式和降低接地电阻的研究

赵彦浩

河北省邢台市德龙钢铁有限公司

摘 要

电气系统的接地方式对于保证安全、优质和经济地向设备供电有非常重要的作用。接地系统是安全用电的重要设施，也是防止触电危险的有效措施，它既保护电力设备和供电网络的安全，又保护建筑设施和工业设备的安全，也保护电气操作人员和用电人员的安全。机电安装中，对电气接地系统的施工提出了更高的要求，本文重点介绍机电安装中低压配电系统接地类型和降低接地电阻的措施。

关键字：机电工程；电气安装；接地系统；降低接地电阻

1、线制和接地类型

1.1线制

我国国家标准GB156-2009《标准电压》规定，电力变压器低压侧出口处的电压，相与相之间的线电压是400V，相与中性线之间的相电压是230V。相绕组在正常运行时有电流流过，因此三相绕组所在线路符合“线”的规定；中性线在正常运行时也有三相不平衡电流流过，因此中性线N也符合“线”的规定；地线PE在正常运行时是没有电流流过的，因此它不属于“线”。所以，这样的线制叫做三相四线制。工程现场很大一部分人认为这种线制是三相五线制，这种认识是不符合国际标准和国家标准的。

1.2 接地系统分类

1.2.1 TN-C接地系统

我们先看电力变压器，我们发现它的中性点是直接接地的，也即配套了工作接地，因此第一个字母是T。我们看到电力变压器的中性点接地后，以PEN的形式引出。PEN线有一个非常著名的名称，叫做零线。对应地，相线又被称为火线。负载侧的外露导电部分未直接接地，因此第二个字母是N。

值得注意的是：由于PEN线以保护为主，因此TN-C接地系统中，在任何情况下PEN线不得断开。一旦PEN线断开，则负载外壳带电后，是会发生人身伤害事故的。

因此，TN-C接地系统的PEN线必须多点重复接地。

1.2.2 TN-C-S接地系统

TN-C-S的前半段是TN-C接地系统，后半段是TN-S接地系统。我们看到，PEN线在中间再次接地，然后分开为N和PE。从此以后，N和PE就不能再次合并。TN-C-S接地系统是主要用于建筑机电安装中。

值得注意的是：TN-C-S的前半段中有零线PEN，它不允许被切断。TN-C-S的后半段已经没有了零线PEN，只有N线和PE线。在这里，N线是可以被切断的，因此采用1P+N之类的开关用于主进线。不过，这里的PE线是不允许切断的，若切断了PE，将会导致很严重的人身伤害事故。

1.2.3 TN- S接地系统

我们发现电力变压器的中性点是直接接地的，也即配套了工作接地，因此第一个字母是T。我们看到电力变压器的中性点接地后，分开为N和PE两条线引出，并且引出后，N与PE之间必须绝缘。由于TN-S负载侧的外露导电部分未直接接地，因此第二个字母是N。

中性线N与保护接地线PE除了在变压器中性点共同接地外，两线不再有任何的电气连接。在该系统中，中性线N由于三相负荷的不平衡有带电的可能，保护接地线PE由于没有电的来源，当PE线连接的设备外壳及金属构件在系统正常运行时，始终不会带电，因此TN-S接地系统明显提高了人与设备的安全。对建筑物中的各种弱电设备，一般把其接地引线都从接地体一点引出，选择正确的接地电阻值，使电子设备共同获得一个等电位的基准点。

2、影响接地电阻的因素

2.1 土壤类别

土壤的类别对土壤电阻率的影响起决定性作业，因为不同的土壤类别相差甚至达到几十倍到上万倍。土壤电阻率一般应以实测值作为依据。如金属矿石约为0.01Ω•m、陶黏土为10Ω•m、砂质黏土为100Ω•m、多石土壤为400Ω•m、混凝土为12000Ω•m、花岗岩为200000Ω•m。

2.2 土壤含水率

土壤含水率对电阻率也有很大的影响。绝对干燥的土壤电阻率可以认为接近无穷大；含水率增加到约15％时，电阻率改变很小； 但当含水率超过75％时，土壤电阻率反而会增加。 含水率对土壤电阻率的影响，不仅随土壤种类不同而有所不同，而且与所含的水质也有关系，例如在电阻率较低的土壤中，加入比较纯净的水，反而会增加电阻率。因此，在采用加水改善土壤电阻率时， 要引起注意。

2.3 季节系数

计算接地电阻时，还应考虑大地受干燥、冰冻等季节变化的影响。当土壤温度在0℃及以下时， 由于土壤中水分结冰，土壤冻结，电阻率会突然增加，因此一般都将接地体放在冰冻层以下，以避免生很高的流散电阻；温度自0℃上升时，由于土壤中溶解盐的作用，电阻率会逐渐减小；但是当温度达到100℃时，由于土壤中水分蒸发，电阻率又会增高。

2.4 化学成分

当土壤中含有盐、酸、碱等 成分时，电阻率会显著下降，一般可以利用这种特性来改善土壤电阻率。

3、高土壤电阻率地区降低接地电阻的措施

3.1 外引接地

当工程项目所在的电阻率较高时，可以向工程项目周边河流、水田等电阻率较低的区域敷设辅助接地网，并与装置区主接地网可靠连接，从而降低接地电阻。主接地网与外引接地至少要有3点以上的连接处，以防外力破坏。由于雷电波的冲击电流具有非常陡的波头，而过长的水平接地体的远端对雷电流的泄流能力非常小，施工时常避免采用此方法。

3.2 利用自然接地体

充分利用建筑物和桩基础内钢筋、金属构筑物以及埋设在地下的金属管道等都就可以作为接地网的自然接地体，金属管道不包括有可燃或有爆炸物质的管道。利用自然接地体可以减少接地电阻、节约钢材。这就要求在施工过程中，安装与土建要紧密配合，提前做好规划，尤其是建筑物内钢筋进行必要的可靠连接，并与接地线相连。

3.3 井式或深钻式接地极

在多戈壁、多沙漠、多碎石地区地面电阻率较高，而地下较深处的土壤电阻率相对较低，可采用井式或深钻式接地极。将深井接地极打到下层土壤内，与平面接地网形成立体接地网，通过下层土层的低电阻率来降低总体电阻。尤其当地下有含水层时，井式或深钻式接地极是一种十分有效的措施。单由于施工费用比较高，工序复杂，施工前需要注意以下几点：

（1）对较深处土壤电阻率进行勘测，选择电阻率相差较大、电阻率变化较大的区域进行施工。

（2）多个井式或深钻式接地极间距要大于2倍坑深，同时井式或深钻式接地极宜放置在项目接地网四周，不宜放置于中间。

3.4 换土法或降阻剂法

改善土壤电阻率ρ可以有效改变接地电阻值，可以通过换土法、无污染的工业废渣废液填充和填充降阻剂法，其中填充降阻剂法是较常用的方法。

在接地体周围1~4米范围，换上比原来土壤电阻率小的多的土壤，如黏土、泥炭、黑土等，必要时也可以使用焦炭粉和碎木炭。换土后，接地电阻可以减小到原来的2/3~2/5。这种方法其土壤电阻率受外界压力和温度的影响变化比较大，在地下水位浅、水分多的地区使用效果好，但在石质地层则难以取得较满意效果。

工业废渣废液含有较多电解离子，对电阻率的降低有明显效果。但工业废渣废液往往对土壤会有污染，常视具体情况，经处理后再使用。

常用的降阻剂可分为两大类：高分子树脂类和无机化合物类。降阻剂本身是一种导电良好的材料，将他填充在接地体和土壤之间，可以减少接触电阻。同时它能向四周土壤渗透，从而使接地体的等效直径增大，降低电阻。